Un sensor diminuto que es clave para evitar la fuga térmica de la baterías del vehículo eléctrico
El deterioro de una batería de litio puede comenzar mucho antes de que sus efectos sean visibles. Se ha comprobado que los cambios químicos internos generan señales que terminan dejando su rastro en el aceite utilizado para refrigerar el sistema.
El propósito de MicroSensOil, un dispositivo microfluídico concebido por investigadores del Tecnológico de Monterrey, es la detección temprana de indicios de fallos que podrían resultar en incendios o explosiones.
Antes del BMS, para evitar sus limitaciones.
La creciente utilización de baterías de litio en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento energético ha generado una demanda significativa de este tipo de tecnología. Su deterioro gradual, el envejecimiento de sus componentes o la contaminación de los fluidos refrigerantes pueden propiciar reacciones internas difíciles de detectar mediante los sistemas convencionales. En situaciones extremas, estas reacciones pueden resultar en una fuga térmica, una reacción en cadena asociada al sobrecalentamiento que puede conducir a incendios y explosiones.
El proyecto está bajo la dirección de David Ramírez Rios, ingeniero en sistemas digitales y robótica, con una maestría en ciencias de la ingeniería y actualmente matriculado en el tercer semestre de su doctorado en el Tec. El asesor técnico es el ingeniero en comunicaciones y electrónica, doctor en ciencia e ingeniería por el Tec, Javier Izquierdo Reyes, quien ha completado un posdoctorado en el Massachusetts Institute of Technology (MIT).
La propuesta se fundamenta en la restricción de los sistemas convencionales de gestión de baterías, comúnmente denominados BMS. Estas plataformas monitorean parámetros eléctricos, tales como el voltaje, la corriente y la temperatura, con el fin de evaluar el rendimiento y pronosticar el estado de salud de las baterías. Son herramientas fundamentales, pero pueden detectar el deterioro cuando el daño ya se encuentra avanzado.
En lugar de aguardar a que la batería evidencie un comportamiento anómalo, MicroSensOil propone examinar los indicios químicos que se manifiestan durante las etapas iniciales de su deterioro. Esta estrategia implica una observación más proactiva del rendimiento de la batería, en lugar de una respuesta reactiva a su mal funcionamiento. Para ello, el microsensor lleva a cabo un análisis de pequeñas cantidades de aceite refrigerante, con el fin de localizar gases o compuestos asociados a los procesos de degradación.
«Antes de que una batería experimente un fallo evidente, se producen cambios químicos internos que dejan huellas en los aceites refrigerantes», explica el doctor Javier Izquierdo Reyes, profesor e investigador de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey. La investigación, añade, pretende leer esa «huella fisicoquímica» del envejecimiento antes de que sus consecuencias resulten evidentes.
El objetivo principal de este proyecto es transformar el mantenimiento reactivo en uno de carácter predictivo. Si las señales de degradación pueden identificarse con suficiente antelación, los responsables del sistema podrían adoptar medidas como modificar las condiciones de funcionamiento o sustituir determinados componentes antes de que se produzca una avería grave.
Para el desarrollo del microsensor, los investigadores han recurrido a técnicas de microfabricación y manufactura aditiva. El objetivo principal de este proyecto es la integración de electrodos, canales y sistemas de análisis en estructuras microscópicas, con el fin de reducir significativamente la cantidad de muestra necesaria. Una vez completada la investigación científica y la validación experimental, el equipo tiene previsto fabricar un prototipo que será producido y probado por científicos del Tec en laboratorios especializados del MIT.
Si bien el primer ámbito de aplicación es la electromovilidad, el alcance previsto es más amplio. Los investigadores contemplan adaptar la plataforma para analizar aceites dieléctricos empleados en transformadores eléctricos, así como para supervisar bancos de baterías y otros sistemas industriales e incluso estudiar posibles aplicaciones en el ámbito médico. El objetivo principal de esta iniciativa es el de posicionar a MicroSensOil como una herramienta de mantenimiento predictivo aplicable a diversos sectores.
Asimismo, la tecnología tiene el potencial de generar un impacto ambiental. Al facilitar la detección temprana de problemas y mejorar la gestión de los sistemas de almacenamiento energético, el proyecto tiene como objetivo prolongar su vida útil, optimizar el uso de fluidos industriales y reducir la generación de residuos peligrosos.
El elemento determinante para la futura implantación de MicroSensOil radica en su potencial económico. En comparación con los análisis convencionales de laboratorio, que pueden requerir cientos de mililitros de aceite y equipos de elevado coste, el dispositivo tiene como objetivo realizar pruebas rápidas directamente en el lugar donde se encuentra la batería y reducir el precio del análisis entre 10 y hasta 100 veces. En la actualidad, el equipo se encuentra en la búsqueda de fuentes de financiamiento tanto a nivel nacional como internacional, con el objetivo de ampliar el alcance del proyecto y transformar la tecnología, originalmente desarrollada en México, en una herramienta de aplicación global.
Escrito por José Miguel Fernández Gómez.
